Comment l'impression 3D a aidé les centres médicaux universitaires à faire face à la COVID-19

En avril 2020, Wirecutter, une filiale du New York Times, a publié un article intitulé « Vous possédez une imprimante 3D ? Vous pouvez les utiliser pour fabriquer des écrans faciaux pour les travailleurs médicaux. » Dans l'article, l'auteur explique que l'université d'État du Michigan a rapidement décidé d'utiliser ses imprimantes 3D pour pallier les pénuries liées à la COVID-19 :

« Lorsqu'un appel a été lancé aux chercheurs de l'université d'État du Michigan pour qu'ils fassent don de fournitures médicales (masques, etc.) au personnel médical luttant contre la COVID-19, le professeur adjoint Nathan Tykocki et ses collègues ont commencé à réfléchir à ce qu'ils pourraient faire d'autre pour leur venir en aide. Ils avaient des imprimantes 3D à leur disposition. Comment pouvaient-ils les utiliser de la meilleure façon ? »

Face à la pénurie de masques et d'autres fournitures, les chercheurs ont utilisé ces imprimantes 3D pour créer rapidement des écrans faciaux pour le personnel soignant de l'université d'État du Michigan. Et ils n'étaient pas les seuls à faire preuve d'une telle réactivité. Les chercheurs des centres médicaux universitaires (CMU) du pays, qui utilisent généralement les imprimantes 3D pour des applications chirurgicales et la recherche universitaire, ont commencé à utiliser des imprimantes 3D pour fabriquer des équipements de protection individuelle (EPI), des écouvillons nasaux pour les tests COVID et des adaptateurs de respirateurs.  

Comment les CMU ont-ils réussi à relever ce défi ? Pour comprendre d'où vient cet état d'esprit innovant et créatif, penchons-nous sur les CMU et sur le secteur de l'impression 3D.

Un CMU est un hôpital affilié à une école de médecine. Dans les CMU, les cliniciens ne se concentrent pas seulement sur le traitement des patients, mais ils sont également chargés de former les étudiants en médecine, de mener des recherches sur des thérapies innovantes et de tester de nouvelles technologies. Les chercheurs réalisent des essais cliniques, collectent des données et soutiennent les nouvelles découvertes. 

Il n'est donc pas surprenant que lorsque des pénuries sont apparues dans le pays en mars et avril, les CMU ont commencé à rechercher des solutions innovantes. De nombreux chercheurs au sein des CMU avaient déjà accès à des imprimantes 3D sur place pour soutenir des améliorations chirurgicales (par exemple, la fabrication d'outils chirurgicaux spécifiques aux patients) et des projets de recherche (par exemple, des produits pharmaceutiques imprimés en 3D). 

Certaines institutions ont même établi des partenariats avec des consultants externes, des sociétés tierces ou d'autres prestataires de soins de santé afin de partager leurs meilleures pratiques sur l'impression de certains objets. Cet état d'esprit créatif et collaboratif est également présent dans le secteur de l'impression 3D, avec des entreprises comme Formlabs qui proposent leurs services pour répondre à la crise actuelle des soins de santé. 

Le secteur de l'impression 3D prône le partage des connaissances et la recherche de solutions créatives pour des problèmes difficiles. Formlabs a été fondée pour permettre de créer et d'innover, et pour mettre des outils puissants et accessibles entre les mains de professionnels, notamment dans le secteur des soins de santé. 

C'est pourquoi, lorsque les clients médicaux de Formlabs ont lancé un appel à l'aide au début de la pandémie de COVID-19, nous avons développé un site d'assistance contre la COVID-19 pour mettre en relation les institutions qui avaient besoin d'imprimer des pièces avec celles qui avaient des imprimantes disponibles. 

Passons en revue quelques-unes des façons innovantes dont les CMU ont utilisé l'impression 3D pour combattre l'épidémie de COVID-19. 

*Veuillez noter que les fabricants doivent tester et valider chaque application. Formlabs n'a testé aucune application, et n'en recommande donc aucune en particulier.

Photo gracieuseté de l'Université de Duke

L'équipe technique d'intervention contre la COVID-19 de l'université de Duke a créé un respirateur à épuration d'air (PAPR) pour protéger les travailleurs de la santé contre la COVID-19. Au début du mois d'avril, le nouvel équipement a été utilisé avec succès par le personnel soignant dans au moins deux opérations chirurgicales à Duke Health. Pour développer le PAPR, l'équipe a travaillé en étroite collaboration avec Chip Bobbert, ingénieur principal et architecte de fabrication au sein de l'Innovation Co-Lab de Duke. Ils ont imprimé et testé de nombreux modèles de respirateurs grâce aux imprimantes Formlabs, réalisant plusieurs itérations du modèle original. 

« C'est le plus haut niveau de protection que nous puissions offrir aux professionnels des soins de santé, en particulier à ceux qui intubent les patients », a déclaré Eric Richardson, professeur associé à Duke Biomedical Engineering.

Photo gracieuseté de l'Université de Floride du Sud

Dans le cadre d'un partenariat avec Formlabs, Northwell Health et l'hôpital général de Tampa, l'université de Floride du Sud a fabriqué des écouvillons nasaux imprimés en 3D pour les tests COVID-19. En l'espace d'une semaine, les équipes de l'USF Health et de Northwell Health ont travaillé ensemble pour mettre au point un prototype d'écouvillon nasal. Des chercheurs appartenant aux départements de radiologie et de maladies infectieuses de l'USF Health ont travaillé avec des chercheurs de Northwell Health pour effectuer des tests de validation. Ils ont effectué des tests cliniques rapides au Northwell Health et au Tampa General Hospital. Tous les essais ont montré que les écouvillons nasopharyngés imprimés en 3D fonctionnent aussi bien que les écouvillons standard utilisés pour les tests de COVID-19. Ils ont utilisé les imprimantes 3D et les résines biocompatibles de Formlabs pour créer les prototypes. « Nous sommes reconnaissants d'avoir pu travailler en équipe pour rapidement mettre au point cette solution qui, nous l'espérons, aidera de nombreuses personnes. La mobilisation a été extraordinaire », a déclaré le Dr Summer Decker, professeur associé au département de radiologie de l'USF Health Morsani College of Medicine et directeur des applications cliniques 3D. « Il a été très enrichissant de parler à tant d'hôpitaux à travers le monde pour entendre leurs retours et voir comment nous pouvons les aider. Cette crise a permis d'éliminer beaucoup d'obstacles, nous permettant ainsi de mieux travailler ensemble et de sauver des vies. »

Photo gracieuseté de Northwell Health

Grâce aux imprimantes Formlabs, le Feinstein Institutes for Medical Research de Northwell Health a créé un adaptateur imprimé en 3D pour convertir les machines BiPAP en respirateurs destinés aux patients atteints de COVID-19, et des écouvillons nasaux pour les tests de COVID-19. À l'aide d'un adaptateur en T imprimé en 3D, un médecin de Northwell Health, un inhalothérapeute et un bio-ingénieur spécialisé dans l'impression 3D ont collaboré pour concevoir un moyen de convertir des appareils de pression positive à deux niveaux (BiPAP) en respirateurs mécaniques invasifs fonctionnels. Un appareil BiPAP est un appareil non invasif couramment utilisé pour aider les personnes souffrant d'affections courantes (apnée du sommeil, insuffisance cardiaque congestive, maladie pulmonaire obstructive chronique, maladie pulmonaire inflammatoire chronique, etc.). à maintenir un rythme respiratoire régulier pendant la nuit. 

Le docteur Todd Goldstein, directeur de la conception et de l'innovation 3D à Northwell Health, a salué la capacité des imprimantes 3D à produire rapidement des adaptateurs.

Photo gracieuseté du Dr Luiz Maracaja et de Yale Medicine

Des médecins chercheurs de l'université de Yale ont fabriqué un écran facial doté de canaux de circulation d'air pour les travailleurs de la santé. Le cadre de l'écran facial fournit un flux continu d'air comprimé ou d'oxygène. La circulation de l'air permet de respirer confortablement à l'intérieur d'une capuche entièrement en plastique, tout en désembuant le film de protection. Cette conception offre aux travailleurs de la santé une meilleure protection et plus de confort.Le Dr Luiz Maracaja, anesthésiste, a collaboré avec les Dr Daina Blitz et Dr Danielle L. V. Maracaja de Yale, et avec la Dr Caroline Walker de l'Université du Mississippi, pour concevoir l'écran facial.Ils l'ont appelé l'« EPI Oxyframe ». Ils ont utilisé les imprimantes de Formlabs pour créer les écrans faciaux. « Le concept est très simple. Il s'agit en fait d'un cadre pour écran facial dont l'un des côtés est ouvert et creux, de sorte que vous pouvez connecter de l'air comprimé ou de l'oxygène », a déclaré le Dr Luiz Maracaja. Le Dr Daina Blitz ajoute : « Ces masques peuvent être utilisés dans toute pièce de l'hôpital disposant d'une arrivée d'air. Ça ne doit pas forcément être de l'oxygène. Tout ce qui peut vous donner une pression positive fait l'affaire : il faut juste un dispositif d'air ou d'oxygène pour souffler les particules, qui sont aérosolisées loin du visage. »

Photo gracieuseté de l'université Johns Hopkins

À Johns Hopkins, une équipe d'ingénieurs a mis au point et prototypé un séparateur de respirateur imprimé en 3D qui permet aux médecins d'utiliser un seul respirateur pour traiter plusieurs patients en état critique. De nombreux systèmes de santé ont dû faire face à une demande accrue de respirateurs pendant la crise de COVID-19. Sung Hoon Kang, professeur adjoint d'ingénierie mécanique à la Whiting School of Engineering de Johns Hopkins, a déclaré : « Actuellement, les ingénieurs s'efforcent de développer des solutions open-source pour lutter contre l'épidémie de COVID-19, mais surtout de concevoir et de produire des respirateurs. Une solution consiste à utiliser un seul ventilateur pour traiter plusieurs patients. Bien que cela soit faisable, il faut que cela soit sans danger pour tous les patients. Cela signifie qu'il faut veiller à ce que chaque patient reçoive les soins dont il a besoin, sans que personne ne soit lésé. C'est l'objectif que nous avons voulu atteindre. »

Compte tenu des risques potentiels pour la santé liés au partage d'un respirateur entre plusieurs patients, les chercheurs ont conçu un débitmètre qui permettrait aux médecins de surveiller le débit d'air pour chaque patient relié au respirateur. L'équipe conçoit également un filtre pour éviter la contamination croisée entre les patients.

Les chercheurs, cliniciens et autres innovateurs du secteur des soins de santé ont utilisé des solutions créatives pour faire face à l'épidémie de COVID-19, qui ne cesse d'évoluer. C'est tout naturellement que les centres médicaux universitaires disposant de parcs d'imprimantes 3D et favorisant l'innovation technologique se sont tournés vers l'impression 3D pour répondre à la crise.

Si votre institution souhaite en savoir plus sur l'impression 3D, vous pouvez visiter notre site web Formlabs Medical.